呂長江 呂向明

(河南煤業(yè)化工集團鶴煤電石廠，河南鶴壁 458050)

1 工程概況

鶴煤集團精細化工公司廠區(qū)位于鶴壁市山城區(qū)西環(huán)路西側(cè)，為丘陵地帶，東側(cè)為鶴煤集團公司甲醇廠，精細化工公司與甲醇廠兩個廠區(qū)設計地面高差36 m，高差由護坡過渡，平面布置見圖1，圖 2。

圖1 廠區(qū)布置示意圖

圖2 平整剖面示意圖

場地平整挖填量為50萬m3，設計考慮土石方挖填就地平衡。東護坡回填區(qū)下原為農(nóng)田，土壤濕度大，基本處于飽和狀態(tài)。

2 護坡滑移原因分析

鶴煤集團精細化工公司東側(cè)護坡設計坡度1∶1．3，兩個坡面間設置一個平臺過渡，根據(jù)回填區(qū)為碎石土土質(zhì)情況選擇1∶1．3的設計坡度，坡度取值符合相關規(guī)程要求，護坡滑移不是坡面坡度取值不當造成的;回填體與山體接觸坡面從理論上講為一滑移面，但是原山體坡面非常粗糙，布滿大塊巖石，不存在粘性風化物，且回填范圍超過坡面寬度，回填超過坡面范圍部分對坡面上的回填體起抗滑穩(wěn)定作用，回填體不可能沿著原山體坡面滑移(見圖3)。

圖3 回填范圍示意圖

從護坡滑移前坡腳以外5 m范圍內(nèi)地面明顯向上隆起，滑移后護坡下段向上凸起，護坡上段向下凹陷的變形情況，結合施工護坡基礎時發(fā)現(xiàn)回填區(qū)土壤濕度大，基本處于飽和狀態(tài)，且粘性土層下有灰褐色不透水的膨脹土層情況分析，護坡滑移是由于填方區(qū)回填深度大，最高處回填高度達36m，回填土石容重按18 kN/m3計算，造成回填后的地層壓應力增加高達648 kPa/m2，一般情況下粘土的承載力較高時也就200 kPa/m2左右，濕度較大時120 kPa/m2左右甚至更低，這大大高于回填區(qū)上部地層的允許抗壓強度，這樣高的壓應力作用于來不及通過排水固結提高強度的基本飽和土層，必然導致產(chǎn)生過大的豎向變形，飽和土是不可壓縮的，根據(jù)泊松原理，土層在被豎向壓縮的同時必產(chǎn)生相應的側(cè)向膨脹，地層總體積基本不變。

在回填區(qū)寬度較大的情況下，凡回填應力超過原土體的承載力的范圍部分，都會產(chǎn)生側(cè)向變形，回填區(qū)超過原土體的承載力的范圍越大，積累的側(cè)向變形值也將越大，回填區(qū)壓應力超過承載力范圍的區(qū)域地基土可以看作處于不穩(wěn)定狀態(tài)，是引起土層滑動的動力源，屬于有側(cè)向滑移趨勢土體;回填小于一定的高度，產(chǎn)生的應力小于原地面土體承載力及護坡坡角以外一定范圍的土體屬于側(cè)向抗滑移土體，這部分土體及其上部回填土對高應力區(qū)土體有反壓作用，使滑移面摩擦力增大，能夠限制土層的側(cè)向移動，屬于抗滑移穩(wěn)定土體;當側(cè)向滑移土體產(chǎn)生的側(cè)向剪切力大于抗滑移土體沿著剪切面土體的抗剪強度時，造成回填區(qū)原地面土層沿著剪切滑動面向外滑動，推動坡角外土體上翻，原地面土體連同坡面回填土及毛石護坡斜向上方滑移后達到新的平衡位置后趨于穩(wěn)定狀態(tài)(地層失穩(wěn)滑動受力分析見圖4)。滑移后的邊坡輪廓見圖4中虛線。

圖4 護坡滑移原理示意圖

3 設計施工應采取的措施

高填方區(qū)護坡因地層失穩(wěn)破壞是不可小覷的護坡破壞形態(tài)，設計必須在有工程地質(zhì)勘察資料的情況下進行，鶴煤集團精細化工項目為設計施工總承包工程，委托之初護坡部分未列入工程總承包范圍內(nèi)，后來設計單位僅憑經(jīng)驗設計護坡斷面施工圖，失誤在于設計前未要求進行回填區(qū)工程地質(zhì)勘察，對地層存在的基本飽和軟弱土層未采取工程治理措施。為避免類似工程事故的發(fā)生，對處于高填方區(qū)的護坡設計之前必須進行工程地質(zhì)勘察，探明有無軟弱飽和土層，軟弱膨脹土層等不良地基，探明土層力學性能指標。對存在飽和與基本飽和土層的，必須進行地基承載力計算，地基承載力不能滿足要求，應進行排水固結設計，通過排水固結工程治理措施，使土層在壓應力增加的同時土層水分得到排除，從而實現(xiàn)土層具有可壓縮性，強度得到提高。需要特別注意的是，含水量較高的土層，如果地層排水通道不暢，在豎向應力作用下，壓縮到一定程度后會轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，要實現(xiàn)土層豎向被壓縮的同時不產(chǎn)生過大的剪切應力，關鍵在于土層豎向被壓縮的過程中，土層始終處于不飽和狀態(tài)。實現(xiàn)土體排水固結的方法很多，具體采取何種方法應該通過設計優(yōu)化選定。筆者認為，本工程為土石方回填工程，不需要對軟弱地層進行預壓處理，若回填之前在高應力區(qū)土層內(nèi)設置碎石樁，樁頂做縱橫雙向排水盲溝排水，通過碎石樁空隙容水及建立排水通道，隨著回填土引起的應力增加，能夠?qū)崿F(xiàn)土層的逐漸固結，防止地層失穩(wěn)。如果易失穩(wěn)的地層較薄，清除易失穩(wěn)土層應該是優(yōu)選的地基處理方法。設計應采取防止雨水浸潤土層的構造措施，固結排水通道施工完成后，回填之前應將回填區(qū)地面壓實，設計隔水層。回填完成后應采取截水堵水措施防止地面雨水大量進入回填區(qū)內(nèi)。

施工方面應該適當放緩填方速度，使得土層水分隨著回填區(qū)地層應力增加能夠緩慢排出。應注意提高毛石護坡施工質(zhì)量，防止坡面雨水下滲。

4 滑移后的護坡治理措施

鶴煤集團精細化工公司回填區(qū)東側(cè)護坡回填結束，坡面施工基本完成后，護坡坡腳產(chǎn)生了較為嚴重的向外滑移，護坡中段滑移量較大，滑移后暫停了護坡施工，經(jīng)過近一年的觀察，期間經(jīng)歷兩個雨季，未發(fā)生新的坡腳移動和坡面下滑，說明經(jīng)過滑移后地層處于新的平衡狀態(tài)，隨著時間的推移，地層逐漸固結，承載力有所提高，地層內(nèi)產(chǎn)生的剪切力會緩慢下降，地層抗剪強度隨著地層固結，抗剪能力會逐步提高，今后，地層壓應力若無增加，控制好雨水不要進入回填區(qū)浸泡地層，應當不會產(chǎn)生新的地層失穩(wěn)及二次滑移。

基于上述分析，筆者在護坡滑移治理論證會上提出，治理措施必須能夠保持滑移后的平衡狀態(tài)不被破壞為原則，具體做法是，根據(jù)對坡腳外所作的補充地質(zhì)勘察報告，按照地質(zhì)報告提供的滑動面深度重新確定護坡的新起點，使在新的護坡起點開挖護坡坡腳基礎時不至于破壞地層剪切應力的傳遞，也就不至于打破回填區(qū)地層的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，從新的坡腳向上按1∶1．3的坡度向上做護坡，至原設計第一個過渡平臺結束(見圖5)。

圖5 滑坡治理選定坡腳示意圖

原平臺以上護坡變形并不嚴重，坡面僅作局部順坡及重新勾縫，這樣處理既增加了抗滑移穩(wěn)定區(qū)域的重量起到反壓作用，又不增加護坡上部的重量，避免高應力區(qū)地層應力增加后產(chǎn)生新的側(cè)向膨脹，能夠確保治理施工過程中及治理后的地層穩(wěn)定。

5 結語

處于受壓后含水量有可能飽和的軟弱地層上回填區(qū)的人工邊坡，因地層失穩(wěn)造成護坡破壞是不可小覷的護坡破壞形態(tài)，解決此類問題關鍵是根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告進行地層承載力驗算，對有可能失穩(wěn)地層進行排水固結設計，防止地層出現(xiàn)側(cè)向膨脹造成地層失穩(wěn)。一旦因地層失穩(wěn)護坡滑移破壞，其治理原則是治理施工過程中及治理后地層的受力平衡狀態(tài)不能被打破，否則有可能造成二次滑移。